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1、 《傳 感 器 技 術(shù)》 實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書(shū) （水利與建筑工程學(xué)院電氣工程專業(yè)） 陳春國(guó) 編寫(xiě) 西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院 二0一四年十月 目 錄 實(shí)驗(yàn)一 箔式應(yīng)變片性能單臂電橋………………………………1 實(shí)驗(yàn)二 箔式應(yīng)變片三種橋路性能比較…………………………3 實(shí)驗(yàn)三 半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)直流半橋測(cè)試系統(tǒng)………………………5 實(shí)驗(yàn)四 箔式應(yīng)變片組成的交流全橋……………………………6 實(shí)驗(yàn)五 差動(dòng)變壓器性能…………………

2、………………………8 實(shí)驗(yàn)一 箔式應(yīng)變片性能——單臂電橋 一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 1. 觀察了解箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式。 2. 測(cè)試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出。 3. 比較各橋路間的輸出關(guān)系。 二. 實(shí)驗(yàn)原理： 通過(guò)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解箔式應(yīng)變片及單臂電橋的原理和工作情況。應(yīng)變片是最常用的測(cè)力傳感元件，當(dāng)用應(yīng)變片測(cè)試時(shí)，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測(cè)試體的表面。當(dāng)測(cè)件受力產(chǎn)生形變，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨同發(fā)生相應(yīng)的變化。通過(guò)測(cè)量電路就可以轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)輸出，并顯示測(cè)量數(shù)據(jù)。 電橋電路是最常用的非電量電

3、測(cè)電路中的一種，當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對(duì)角臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，這就是未受力時(shí)的零點(diǎn)。在四個(gè)橋臂上的電阻分別為、、、 中，電阻的相對(duì)變化率分別為、、、，當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)，；當(dāng)兩個(gè)應(yīng)變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作時(shí)，則有；若用四個(gè)應(yīng)變片組成二個(gè)差動(dòng)對(duì)工作，且。通過(guò)上述可以看出單臂電路，半橋電路，全橋電路的靈敏度依次增大。 三. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備： 直流穩(wěn)壓電源（±4V檔）、電橋電路、差動(dòng)放大器、箔式應(yīng)變片、測(cè)微頭（或雙孔懸臂梁、稱重砝碼）、電壓表及連接線等。 實(shí)驗(yàn)步驟： 1. 調(diào)零：開(kāi)啟儀器電源，差動(dòng)放大器增益置于100倍（順時(shí)針?lè)较蛐降祝?、-”輸入

4、端用實(shí)驗(yàn)線對(duì)地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，然后用“調(diào)零”電位器調(diào)整差動(dòng)放大器輸出電壓為零值即可。調(diào)零后電位器位置不能變化，不許再動(dòng)該電位器，然后拔掉實(shí)驗(yàn)線。 如需要使用毫伏表，則應(yīng)將毫伏表輸入端對(duì)地短路，調(diào)整“調(diào)零”電位器，使指針居“零”位。拔掉短路線，指針有偏轉(zhuǎn)是有源指針式電壓表輸入端懸空時(shí)的正?，F(xiàn)象。不要在進(jìn)行調(diào)零。調(diào)零后關(guān)閉儀器電源。 2. 按圖1電路將實(shí)驗(yàn)部件用實(shí)驗(yàn)線連接成測(cè)試橋路。橋路中、、和為電橋中的固定電阻和直流調(diào)平衡電位器，為應(yīng)變片（可任選上、下梁中的一片作為工作片）。直流激勵(lì)電源電壓為±4V，測(cè)微頭裝于懸臂梁前端的永久磁鋼上，適當(dāng)調(diào)節(jié)使應(yīng)變梁處于基本水平狀態(tài)。 3. 確認(rèn)

5、接線無(wú)誤后再開(kāi)啟儀器電源，并應(yīng)使儀器預(yù)熱3～5分鐘后，才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。接好線后，請(qǐng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師對(duì)接線進(jìn)行檢查，以免損壞儀器設(shè)備。調(diào)整電位器，使測(cè)試系統(tǒng)輸出為零。 4. 旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，帶動(dòng)懸臂梁分別做向上運(yùn)動(dòng)；向下運(yùn)動(dòng)，以水平狀態(tài)下輸出為零。向上或向 5. 下運(yùn)動(dòng)各5mm，測(cè)微頭每移動(dòng)0.5mm記錄一個(gè)差動(dòng)放大器輸出電壓值，并列入表中。（或在雙孔懸臂梁稱重平臺(tái)上依次放上砝碼，進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)）。 位移 mm 電壓 V 根據(jù)表中所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算靈敏讀S ，，并在坐標(biāo)圖上作出V—X關(guān)系曲線。

6、 五、 注意事項(xiàng)： 6. 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查實(shí)驗(yàn)接插線是否完好，連接電路時(shí)應(yīng)盡量使用較短的插接線，以免引入干擾。 7. 接插線插入插孔時(shí)應(yīng)輕輕地做一小角度旋轉(zhuǎn)，以保證接觸良好，拔出時(shí)也輕輕地旋轉(zhuǎn)一下拔出，切忌用力拉扯接插線的尾部，以免造成導(dǎo)線斷裂。 8. 不允許將穩(wěn)壓電源對(duì)地短路，以免損壞電源。 實(shí)驗(yàn)二 箔式應(yīng)變片三種橋路性能比較 一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 通過(guò)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解三種橋式測(cè)量電路的性能，各種橋路的工作原理及其電壓靈敏度的大小。 二. 實(shí)驗(yàn)原理： 已知單臂橋路、半橋電路、全橋電路如圖所示，單臂橋路的，半橋電路的 ，全橋電路的。根據(jù)

7、戴維南定理可以得出測(cè)試電橋的輸出電壓近似等于，電橋的靈敏度為，于是對(duì)應(yīng)于單臂橋路、半橋、全橋的電壓靈敏度分別為、、E 。由此可知，當(dāng)E和電阻相對(duì)變化率一定時(shí)，電橋電壓靈敏度與各橋臂阻值大小無(wú)關(guān)。 三.. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備： 直流穩(wěn)壓電源（±4V檔）、電橋、差動(dòng)放大器、箔式應(yīng)變片、測(cè)微頭（或雙孔懸臂梁、稱重砝碼）、電壓表。 四. 實(shí)驗(yàn)步驟： 1. 在完成實(shí)驗(yàn)一的基礎(chǔ)上，不變動(dòng)差動(dòng)放大器的增益和調(diào)零電位器，依次按圖1、圖2、圖3的接線，將電橋固定電阻換成箔式應(yīng)變

8、片，組成半橋和全橋測(cè)試系統(tǒng)。 2. 重復(fù)實(shí)驗(yàn)一的3～4步驟，測(cè)出半橋和全橋的輸出電壓值與位移值記入表中，計(jì)算靈敏度。 3. 在同一坐標(biāo)上繪出三種橋路的V—X曲線，比較三種橋路的電壓靈敏度，并做出定性的結(jié)論， 五. 注意事項(xiàng)： 1. 應(yīng)變片接入電路時(shí)注意其受力方向，一定要接成差動(dòng)形式。 2. 直流激勵(lì)電源電壓不能過(guò)大，以免造成應(yīng)變片自熱損壞。 3. 由于進(jìn)行位移測(cè)量時(shí)測(cè)微頭要從零－正向的最大值調(diào)，再?gòu)牧悖?fù)向最大值調(diào)試，因此容易造成零點(diǎn)漂移，因此計(jì)算靈敏度時(shí)，可將正的靈敏度與負(fù)的的靈敏度分開(kāi)計(jì)算，再求平均值。

9、 實(shí)驗(yàn)三 半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)直流半橋測(cè)試系統(tǒng) 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 通過(guò)實(shí)際運(yùn)用的半導(dǎo)體半橋電路，與半導(dǎo)體單臂電路進(jìn)行性能比較。 二、 實(shí)驗(yàn)所需部件 直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動(dòng)放大器、半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)、測(cè)微頭、電壓表、溫度計(jì)（可用儀器中的P—N結(jié)溫度傳感器或熱電偶作測(cè)溫參考）、加熱器。 三、 實(shí)驗(yàn)步驟 1、按圖（1）接線，電橋中和為半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)。開(kāi)啟電源后預(yù)熱數(shù)分鐘。 2、按單臂電橋?qū)嶒?yàn)步驟調(diào)整懸臂梁位置，調(diào)整系統(tǒng)輸出，用測(cè)微頭進(jìn)行位移，記錄V、X數(shù)據(jù)，作出V—X曲線，求出靈敏度，測(cè)出溫度變化時(shí)的溫漂。 圖（1） -2V V R R WD R 差放

10、 +2V 四、 注意事項(xiàng) 此實(shí)驗(yàn)中直流激勵(lì)電壓只能用2V，以免引起半導(dǎo)體自熱。 實(shí)驗(yàn)四 箔式應(yīng)變片組成的交流全橋 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 本實(shí)驗(yàn)說(shuō)明交流激勵(lì)的四臂應(yīng)變電橋的原理及工作情況。 二、 實(shí)驗(yàn)原理 Φ1 電壓表 LV 5KHZ Φ2 低通 V 差放 相敏 檢波器 WA WD R R R R 0o 5HKZ 移相 圖（1） 圖（1）是交流全橋的一般形式。當(dāng)電橋平衡時(shí)，Z1Z4=Z2Z3，電橋輸出為零。若橋臂阻抗相對(duì)相對(duì)變化

11、為△Z1/Z1、△Z2/Z2、△Z3/Z3、△Z4/Z4，則電橋的輸出與橋臂阻抗的相對(duì)變化 交流電橋工作時(shí)增大相角差可以提高靈敏度，傳感器最好是純電阻性或純電抗性的。交流電橋只有在滿足輸出電壓的實(shí)部和需部均為零的條件下才會(huì)平衡。 三、 實(shí)驗(yàn)所需部件 電橋、音頻振蕩器、差動(dòng)放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、測(cè)微儀、示波器。 四、 實(shí)驗(yàn)步驟 1、調(diào)節(jié)測(cè)微頭使梁處于水平位置，調(diào)節(jié)電橋直流調(diào)平衡電位器WD，使系統(tǒng)輸出基本為零。仔細(xì)調(diào)節(jié)交流調(diào)平衡電位器WA，使系統(tǒng)輸出為零。 2、用示波器觀察各環(huán)節(jié)波形，測(cè)量讀數(shù)，列表填入V、X值，作出V—X曲線，求出靈敏度。 位移 mm

12、 電壓 mv 五、 注意事項(xiàng) 1、欲提高交流全橋的靈敏度，可用示波器觀察相敏檢波器輸出端波形，若相敏檢波器輸出端波形脈動(dòng)成份較大，則系統(tǒng)雖然可以調(diào)零，但靈敏度較低，提高靈敏度的方法是當(dāng)系統(tǒng)初步調(diào)零后，再調(diào)節(jié)電橋中的WD電位器，使相敏檢波器輸出波形盡量平直，然后用手將懸臂梁壓到最低，調(diào)節(jié)“移相”旋紐，使相敏輸出端波形為相連接的整流波形。再放手恢復(fù)梁的自然位置，調(diào)節(jié)“WD”，之系統(tǒng)輸出為零，這樣系統(tǒng)靈敏度會(huì)最高。 2、做交流全橋?qū)嶒?yàn)時(shí)用指針式毫伏表可以比較直觀的看出應(yīng)變梁在正、反向受力時(shí)系統(tǒng)輸出電壓。實(shí)驗(yàn)五 差

13、動(dòng)變壓器性能 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解差動(dòng)變壓器的基本結(jié)構(gòu)及原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證差動(dòng)變壓器的基本特性。 二、 實(shí)驗(yàn)原理 差動(dòng)變壓器由銜鐵、初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和線圈骨架等組成。初級(jí)線圈做為差動(dòng)變壓器激勵(lì)用，相當(dāng)于變壓器的原邊，次級(jí)線圈由兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的線圈反相串接而成，相當(dāng)于變壓器的副邊。差動(dòng)變壓器是開(kāi)磁路，工作是建立在互感基礎(chǔ)上的。其原理及輸出特性見(jiàn)圖（1）。 圖（1） Mb R1 LK L0 L0 Ma R2 R3 圖（2） LV 4KHZ · 示波器 第一通道 第二通道 · 三、 實(shí)驗(yàn)所需部件 差動(dòng)

14、變壓器、音頻振蕩器、測(cè)微儀、示波器。 四、 實(shí)驗(yàn)步驟 1、按圖（2）接線，差動(dòng)變壓器初級(jí)線圈必須從音頻振蕩器LV端功率輸出，雙線示波器第一通道靈敏度500mv/格，第二通道10 mv/格。 2、音頻振蕩器輸出頻率4KHZ，輸出值VP-P=2V。 3、用手提壓變壓器磁芯，觀察示波器第二通道波形是否能過(guò)零翻轉(zhuǎn)，如不能則改變兩個(gè)次級(jí)線圈的串接端。 4、旋動(dòng)測(cè)微頭，帶動(dòng)差動(dòng)變壓器銜鐵在線圈中移動(dòng)，從示波器中讀出次級(jí)輸出電壓VP-P值，讀數(shù)過(guò)程中應(yīng)注意初、次級(jí)波形的相位關(guān)系。 位移 mm 電壓 mv 5、仔細(xì)調(diào)節(jié)測(cè)微儀使次級(jí)線圈的輸出波形為最小，這就是零點(diǎn)殘余電壓。可以看出它與輸入電壓的相位差約為л/2，是基頻分量。 6、根據(jù)表格所列結(jié)果，畫(huà)出V0P-P—X曲線，指出線形工作范圍。 五、 注意事項(xiàng) 示波器第二通道為懸浮工作狀態(tài)。